Шість космічних проблем освоєння космосу
Ми народилися на Землі. Чи залишимося ми тут? Звичайно, ні. Ми не повинні сидіти на одній планеті, чекаючи, коли хороший метеорит приєднається до нелітаючих динозаврів. А ви помітили, як змінюється погода?
Людство бере свій початок з Африка. Але ми там не залишилися, не всі – тисячоліттями наші предки оселилися на континенті, а потім покинули його. І коли вони прийшли до моря, вони побудували човни і попливли на великі відстані до островів, про існування яких вони не могли знати. Чому? Можливо, з цієї ж причини ми дивимося на місяць і зірки і запитуємо себе: що там? Чи можемо ми туди потрапити? Зрештою, це те, що ми, люди.
Космос, звичайно, нескінченно ворожіший для людини, ніж поверхня моря; Покинути земну гравітацію складніше і дорожче, ніж відштовхнутися від берега. Ці перші човни були передовими технологіями свого часу. Мореплавці ретельно планували свої дорогі, небезпечні подорожі, і багато хто з них гинули, намагаючись з’ясувати, що там за горизонтом. Чому ми тоді подорожуємо?
Можна було б говорити про те, що всім нам легко і приємно працювати над проєктом, який не передбачає вбивства собі подібних, який допомагає нам зрозуміти рідну планету, шукати способи жити і, головне, виживати на ній.
Можна було б говорити про те, що вибратися з Сонячної системи подалі – дуже хороший план, якщо людству пощастить вижити наступні 5,5 мільярда років, а Сонце розшириться настільки, щоб підсмажити Землю.
Про все це можна було б говорити: причини, за якими ми повинні знайти спосіб влаштуватися подалі від цієї планети, будувати космічні станції і місячні бази, міста на Марсі і поселення на супутниках Юпітера. Всі ці причини змусять нас подивитися на зірки за межами нашого Сонця і сказати: чи можемо ми туди потрапити? Чи будемо?
Це величезний, складний, практично нездійсненний проект. Але коли це зупиняло людей? Ми народилися на Землі. Чи залишимося ми тут? Звичайно, ні.
Проблема: зліт. Подолати гравітацію
Це виливається в серйозне «упс» в грошовому еквіваленті. Знадобилося 200 мільйонів доларів, одна десята бюджету місії, щоб запустити марсохід Curiosity, і будь-який екіпаж місії буде обтяжений обладнанням, необхідним для підтримки життя. Композитні матеріали, такі як екзотичні металеві сплави, можуть зменшити вагу; Додайте до них більш ефективне і потужне паливо і отримаєте необхідне вам прискорення.
Але найкращим способом заощадити гроші буде можливість повторно використовувати ракету. «Чим вище число польотів, тим вище економічна віддача», – говорить Лес Джонсон, технічний помічник в Управлінні передових концепцій NASA. – Це спосіб різко знизить вартість». SpaceX намагається зробити свою ракету Falcon 9, наприклад, багаторазовою. Чим частіше ви літаєте в космос, тим дешевше це обходиться.
Проблема: тягове зусилля. Ми занадто повільні
Проблема: космічне сміття. Там нагорі мінне поле
Це проблема космічного сміття, і вона дуже актуальна. Мережа космічного спостереження США спостерігає за 17 000 об’єктів, кожен розміром з футбольний м’яч, які обертаються навколо Землі зі швидкістю понад 35 000 км/год; Якщо рахувати шматочками до 10 сантиметрів в діаметрі, то буде понад 500 000 шматків сміття. Кришки камер, плями фарби – все це може створити дірку в критичній системі.
Потужні щити – шари металу і кевлара – можуть захистити від крихітних шматочків, але ніщо не врятує вас від цілого супутника. 4000 з них обертаються навколо Землі, більшість з них вже відпрацювали своє. Центр управління польотами вибирає найменш небезпечні маршрути, але відстеження не є досконалим.
Вивести супутники з орбіти нереально – знадобиться ціла місія, щоб захопити хоча б один. Так що відтепер всі супутники повинні зійти з орбіти самостійно. Вони відпрацюють зайве паливо, потім за допомогою прискорювачів або сонячних вітрил вийдуть з орбіти і згорять в атмосфері. Включіть програму розвитку в 90% нових запусків, або отримаєте синдром Кесслера: одне зіткнення призведе до безлічі інших, які поступово задіють все орбітальне сміття, і тоді ніхто взагалі не зможе літати. Можливо, пройде століття, перш ніж загроза стане неминучою, або набагато менше, якщо в космосі розгорнеться війна. Якщо хтось почне збивати ворожі супутники, “це буде катастрофа”, сказав Холгер Крейг, глава відділу космічного сміття в Європейському космічному агентстві. Мир у всьому світі має важливе значення для світлого майбутнього космічних подорожей.
Проблема: навігація. У космосі немає GPS
Але в міру зростання кількості місій мережа стає перевантаженою. Вимикач часто засмічується. NASA працює поспішно, щоб полегшити навантаження. Атомний годинник на самих пристроях дозволять скоротити час передачі вдвічі, дозволяючи визначати відстані за допомогою одностороннього зв’язку. Лазери зі збільшеною пропускною здатністю зможуть обробляти великі пакети даних, такі як фотографії або відео.
Але чим далі ракети віддаляються від Землі, тим менш надійні ці методи. Звичайно, радіохвилі поширюються зі швидкістю світла, але передачі в далекий космос все одно займають години. І зірки можуть підказати вам, куди йти, але вони занадто далеко, щоб сказати вам, де ви знаходитесь. Для майбутніх місій експерт з навігації в далекому космосі Джозеф Гвінн хоче розробити автономну систему, яка буде збирати зображення цілей і прилеглих об’єктів і використовувати їх відносне розташування для тріангуляції координат космічного апарату — без необхідності наземного управління. “Це буде як GPS на Землі”, – каже Гвінн. «Ви ставите GPS-приймач в свою машину, і проблема вирішена». Він коротко називає це системою позиціонування глибокого космосу (DPS).
Проблема: простір великий. Дисків деформації ще не існує
Знадобиться багато енергії, щоб перемогти час. Можливо, вам доведеться розвивати Юпітер у пошуках гелію-3 для підтримки ядерного синтезу – за умови, що ви будуєте звичайні термоядерні двигуни. Анігіляція матерії і антиматерії дасть більший вихлоп, але контролювати цей процес дуже складно. «Я не думаю, що ви зробите це на Землі», — каже Лес Джонсон, який працює над божевільними космічними ідеями. «У космосі, так, тому, якщо щось піде не так, ви не знищите континент». А як щодо сонячної енергії? Все, що для цього потрібно, це вітрило розміром з невелику державу.
Набагато витонченіше було б зламати вихідний код Всесвіту – за допомогою фізики. Теоретичний двигун Alcubierre може стиснути простір перед кораблем і розширитися позаду, щоб матеріал між ними – там, де знаходиться ваш корабель – рухався ефективно швидше, ніж світло.
Втім, сказати легко, але зробити складно. Людству знадобиться кілька Ейнштейнів, що працюють в масштабах Великого адронного колайдера, щоб зв’язати всі теоретичні розрахунки. Не виключено, що одного разу ми зробимо відкриття, яке все змінить. Але ніхто не стане робити ставку на випадок. Тому що моменти відкриття вимагають фінансування. Але у фізиків елементарних частинок і NASA зайвих грошей немає.
Проблема: Існує тільки одна Земля. Чи не сміливо вперед, а сміливо залишатися
Жага досліджень таїться в нашій душі – багато хто з нас не раз чули про такий маніфест. Але вчені вже давно виросли з шинелі мореплавців. «Піонерська термінологія була популярна 20-30 років тому», — каже Хайді Хуммель, яка надає пріоритет дослідженням в NASA. З тих пір, як зонд New Horizons пролетів повз Плутон в липні минулого року, «ми вивчили кожен зразок навколишнього середовища в Сонячній системі принаймні один раз», говорить вона. Люди, звичайно, можуть копатися в пісочниці і вивчати геологію далеких світів, але оскільки так роблять роботи, в цьому немає необхідності.
А як же жага досліджень? Історії більш помітні. Західна експансія була важким відлученням землі, і великі дослідники тоді керувалися здебільшого ресурсами або скарбами. Тяга людини до поневірянь найбільш сильно проявляється тільки на політичному або економічному тлі. Звичайно, майбутнє руйнування Землі може дати деякі стимули. Ресурси планети виснажуються – і розробка астероїдів більше не здається безглуздою. Клімат змінюється – і простір вже здається трохи симпатичніше.
Звичайно, нічого хорошого в такому ракурсі немає. “Існує моральна загроза”, – каже Робінсон. «Люди думають, що якщо ми зіпсуємо Землю, ми завжди зможемо відправитися на Марс або до зірок. Це катастрофічно». Наскільки нам відомо, Земля залишається єдиним придатним для життя місцем у Всесвіті. Якщо ми покинемо цю планету, нам доведеться зробити це не з примхи, а з необхідності.
